[摘 要]本文着重探讨发电厂无功电压远方自动控制（AVC）系统中无功指令(计划)的下达和接收、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式、无功的控制方式及无功功率的调节范围等几个重要环节方面的技术问题，最后提出了针对实际情况的发电厂无功电压远方自动控制（AVC）系统方案。
[关键词]发电厂无功电压远方自动控制（AVC） 系统方案 探讨

1 概述
　　AVC的全称为发电厂无功电压远方自动控制。即中调通过对各发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，提高各发电厂高压母线的电压水平，从而达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网的电能质量的目的。
　　近年来电力系统为提高电能质量，特别是为改善用户的用电压水平，做了大量的工件，进行了大量的投资。但由于电力系统的快速发展，电网的电压等级不断提高，同时新建发电厂的投产，使发电厂的密度不断增大，系统内各发电厂之间的电气距离越来越小，使通过调节个别机组或个别发电厂的无功出力来改善系统及地区电压水平变得十分困难，甚至使用单个发电机组或单电厂已不能有效控制系统的电压。如淮北地区的二个大型火电厂，在部分时段的一个厂无功进相至力率范围的极限时，而地区的电压仍然较偏高。因此只有在中调的统一调度的前提下，同时改变多台发电机组（或多个发电厂）的无功出力才能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。

2 AVC系统方案的选择确定
　　AVC自动控制的流程为: 从中调所下达无功指令开始，到各发电厂所对应机组无功功率的闭环自动调节为止的整个控制过程。在这个控制过程中主要涉及无功指令(计划)的下达和接收、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式、无功的控制方式及无功功率的调节范围等几个方面。
　　因发电厂中机组的励磁系统是本来以已具有的，而各发电厂的励磁调节系统的模式是多样且不能改变的，发电厂的AVC方案只能在不改变现有励磁系统调节的模式下进行，且应适应全省各大型发电机组的多种励磁系统，即通用性要强。
　　同时发电机的无功调节范围是由机组的性能来决定的，各大型发电机的无功调节范围是相对固定不变的，所以此部分在本方案比较中不考虑。
　　综上所述: 在这几个功能模块中，只需考虑无功指令(计划)的下达和接收、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式这三个功能模块的模式及作用。
2.1无功指令（计划）的下达和接收方式
　　根据电力系统的要求和具体情况，可将无功指令（计划）的下达和接收分为以下几种方式:
2.1.1选用AGC方式:
　　即调度中心通过远动通道将机组的无功发电指令下到发电厂的远动装置（RTU）中，RTU根据指令大小将其变为4~20MA的电流信号，传送到励磁调节装置，励磁调节装置将其变为数据量，并依其为闭环自动调节机组的无功出力。当励磁调节装置不具备闭环调节机组的无功出力时，也可通过DCS 闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
　　特点: 系统简单，易于实现，由于AGC的技术已十分成熟，且省内大机组多数都具有了AGC功能，在技术上较有保障。
　　缺点: 由于全省各发电厂的自动化程度不同，省内仍部分发电机组没有进行DCS改造，此方法将使全省的AVC的调节方式多样化。其次当远动通道出现异常时，RTU输出的电流信号保持不变，机组的无功出力不变，此时有可能使系统电压越限。
2.1.2选用下行通道下达全厂总无功计划至AVC上位机:
　　和非AGC机组的有功负荷控制方式相同，即中调定时通过远动下行通道将全厂（或部分机组组合）的无功功率计划下达到发电厂的AVC上位机（AVC调节系统专用），AVC上位机根据各机组的开停、所带有功功率情况及原定的无功功率分配原则，来分配各机组的无功发电计划，并将各机组的无功发电计划发送到该机组的AVC调节装置中， AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
　　特点: 下达全厂无功计划由值长根据厂内机组情况调配各机组的无功功率，即在厂内进行各机组的无功功率的优化调度。
　　缺点: 增加一台AVC上位机用于值长的无功调度，并为此开发一套软件，费用较高，无功再分配对发电厂来说经济效益并不明显，同时增加了值长及现场运行人员的工作量。
2.1.3选用下行通道下达单机无功指令于至当地实时监控系统中
　　此模式为以上两方式的结合，即中调定时通过远动下行通道将单机的无功功率指令下达到发电厂的当地功能系统中，当地功能系统将无功指令转发到各机组的AVC调节装置中， AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
　　特点: 系统简单，只在原当地功能中增加部分功能，费用最低。易于实现，由于当地功能的软件水平一般较高，同时由于AVC调节所需要的实时数据，均在当地功能的数据采集范围内，不需另配装置来进行数据采集。
　　缺点: 不能进行无功功率的二次分配，增加当地功能的负担，由于当地功能一般装在主控室，而励磁调节装置一般安装在机炉集控室，二者相距较远，受数据传输距离的时限制，且易受到外界干扰。
2.1.4选用下行通道下达单机组无功指令至AVC上位机:
　　此种方式类似与方式3，只是用AVC上位机来代替当地功能中的这部分功能。即中调定时通过远动下行通道将单机的无功功率指令下达到发电厂的AVC上位机，AVC上位机将无功指令转发到各机组的AVC调节装置中， AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
　　特点: 系统简单，只需增加一台AVC上位机，由于AVC上位机的功能单一，软件易开发，与其它方案相靠性较高。
　　缺点: 不能进行无功功率的二次分配。由于当地功能一般装在主控室，而励磁调节装置一般安装在机炉集控室，二者相距较远，受数据传输距离的时限制，且易受到外界干扰。由于增加一台AVC上位机来转发机组的无功功率，并为此开发一套软件，费用较方式3高。
　　总之，以上四种指令下达/接收方式均能满足AVC调节的功能和可靠性的要求。其中方式3的费用及设备较其它方式少。
2.2实时数据的采集方式
　　AVC控制系统运行的前提保持电力系统中的各发电机均应运行在额定功率、功率因数、电压、电流的范围内，并保持发电厂高压母线电压在允许范围内。
2.2.1实时数据采集范围
　　为此在AVC调节系统中必须采集所有参与AVC调节的各机组的有功功率、无功功率、发电机定子电压、发电机定子电流及发电厂高压母线电压（正常是采集的Ⅰ母线电压，在Ⅰ母线电压不正常时，自动切换为Ⅱ母线电压）。
2.2.2实时数据采集作用
　　采集无功功率是实现机组AVC闭环自动调节的依据，采集机组的有、无功功率是为了计算机组的功率因数，作为使机组运行在额定的功率因数范围内的闭锁条件; 采集发电机定子电压、电流的作用是作为无功调节一个闭锁条件，以防止机组运行在超出机组额定参考范围之外。
　　采集发电厂高压母线电压数据，在AVC正常的方式下作为调节无功功率的闭锁条件，控制机组运行，使发电厂高压母线电压在系统要求的范围内; 在AVC系统与中调的通信异常时作为发电厂高压母线电压控制（机组无功）的调节依据。
2.2.3实时数据的采集方法
　　①、使用DCS采集的实时数据: 当AVC调节方式为使用DCS来闭环控制机组的无功出力时，可使用DCS采集机组的实时数据。AVC所需的实时数据DCS本身均已采集，
　　特点: 数据的采集闭环控制均由DCS独立完成，对外界的依赖性小。
　　缺点: 目前省内仍有部分机组未能进行DCS改造，部分机组暂不能进行AVC调节，或使用其它方式进行AVC调节，这样就使全省的发电机组的AVC调节模式不统一。采集到的实时数据与中调进行无功功率计算的数据不同源， 即数据有可能会不一致，存在一定的误差，使发电厂内高压母线电压控制不理想。同时由于数据不一致可能影响中调对发电厂的电压考核。DCS所采集的母线电压为本机组所连接的高压母线的电压，并非中调对发电厂考核的母线电压，两个数据可能取自母线电压而不是同一条母线，这两条母线测量电压常有所差别。
　　②、使用励磁调节装置采集的实时数据: 当AVC调节方式为使用励磁调节系统来闭环控制机组的无功出力时，励磁调节系统应具有实时数据采集能力。
　　特点: 数据的采集闭环控制均由励磁调节装置独立完成，对界的依赖性小，此方式是最简单，也是费用最小的一种方式。
　　缺点: 目前多数发电机组暂不能接收AVC指令。采集到的实时数据与中调进行无功功率计算的数据不同源，即数据有可能会不一致，存在一定的误差，使发电厂内高压母线电压控制不理想。同时由于数据不一致可能影响中调对发电厂的电压考核。励磁调节装置所采集的母线电压为本机组所连接的母线电压，并非中调对发电厂考核的母线电压，两个数据可能取自母线电压而不是同一条母线，这两条母线测量电压常有所差别。
　　③、使用AVC调节装置采集机组的实时数据。安徽电力中心试验研究所研制开发的AVC调节装置本身具有模/数转换能力，为采集这些信息需要在电压、电流回路中接入变送器，将需采集的实时信息变为直流信号送入AVC调节器装置中。每套AVC调节装置配套5只变送器（有功、无功、电压、电流、发电厂高压母线电压）
　　特点: 使用这种方式时数据的采集、闭环控制均由AVC调节装置独立完成，对界的依赖性小，由于采集的信息量小，实时数据刷新快，对控制比较有利。
　　缺点: 采集到的实时数据与中调进行无功功率计算的数据不同源。即数据的有可能会不一致; 另需在二次回路中增加五只变送器，增加二次回路的负担，也增加了额外费用。
2.2.4共享远动装置已采集的实时数据，由于AVC调节所需的信息远动装置均以采集，可在AVC接收指令的前置机中增加一个串口，这台前置机即接收AVC调节指令，又接收远动装置发出的实时数据。在这种方式中可使用AVC上位机或当地功能来接收远动装置中的实时数据。
　　特点: 能与中调所接收的数据保持一致，对考核较为有利和发电厂高压母线电压控制有利。
　　缺点: 对远动装置的依赖性大，数据更新较方式3慢。
　　综上所述，以上4种实时数据采集方式，方式4所采集的数据与中调的数据一致，对发电厂的考核比较有利。
2.3AVC闭环自动控制模式
　　对发电机组的无功功率的闭环控制是AVC的最重要的环节，它是通过对采集实发功率与接收到的计划（指令）进行比较，根据比较的结果来调节机组无功的出力，使机组的无功出力运行在中调要求的范围内。
　　目前现有的可用于闭环控制无功出力的设备有: 励磁调节系统、DCS系统, 增加一台专用AVC调节装置。
2.3.1励磁调节系统: 由于目前系统内的多数机组的励磁调节系统不具备对计划指令的接收功能，只能接收功率调节的加、减信号，对无功功率的控制多采用手动或由DCS闭环控制的方式。
2.3.2DCS系统: 使用DCS来控制机组的无功出力是一种较可靠的控制方法，DCS本身的功能较强，增加AVC功能较方便。但采用DCS方式只施用于AGC模式下的AVC控制。
　　AVC调节装置: 增加外部设备来对机组无功出力运行闭环控制。它不改变原有的系统的配置和功能，系统具有相对独立、对原有的系统影响小，可靠性高的特点。
　　用于闭环控制的设备应具有以下功能: 采集或接收AVC指令、实时无功出力，能对出力偏差进行计算。能根据机组的运行情况进行控制闭锁等功能，AVC系统对原有系统影响要小，系统的可行性要高，同时在全省系统中的方式应统一。根据以上要求和系统中的运行现状。使用AVC调节装置是一种较理想的方式。
2.4AVC方案的确定
2.4.1控制模式
　　由于系统中的部分发电机组尚未进行DCS改造。为使全省具有相同AVC模式，应不考虑使用DCS来参于AVC的闭环控制。
　　由于各发电机组的励磁调节系统的性能和方式不同，又由于部分励磁调节系统不能接收外部的计划指令，所以应在励磁调节系统的前部加装一台AVC调节装置，用于数据采集、计划的接收、和闭环控制。即选择外加的AVC调节装置来用作AVC闭环控制。
2.4.2实时数据采集模式
　　为使实时数据与中调所收到的数据相一致，AVC调节所采用远动装置所采集的实时数据作为调节的依据，这样就不需再增加变送器来进行实时数据采集，使系统简单，减少费用、施工和维护的工作量。
2.4.3控制指令的下达和接收模式
　　由于发电厂中各发电机接入系统的方式不同（系统中的发电机有经二绕组变压器直接接入高压系统，有经三绕组变压器接入高压、中压二个系统）。使用总无功计划可能在对高压母线的电压进行调节时对主变中压侧接入的系统电压产生影响，并使高压母线的电压控制不理想。为使系统简单，更好、更直接地控制发电厂各母线的电压，同时为以后参于AVC的机组　　加入方便，中调应选择直接下达单机组的无功计划/指令，即直接对单机组的无功功率进行控制。
　　由于中调对各发电机直接下达AVC调节指令，AVC前置部分只是将AVC指令转发到AVC调节装置。功能实现简单，易于实现。为节约费用，同时使当地的运行人员更好地了解本机组无功调节所处状态，即在远动的当地功能中将AVC的调节状态正确的反映出来。AVC指令和实时数据的转发功能应由远动当地功能来承担。
　　当地功能的前置机为采集多个装置的信息，均采用多串口方式（使用1: 4、1: 8串口板或多串口终端服务器）。与AVC调节装置的通信也采用这种方式。即每套AVC装置与当地功能前置机的一个串口通信，只要增加几个串口即实现了与AVC装置的通信。
2.4.4无功电压自动调节（AVC）系统的最终方案为:
　　中调所根据系统电压的情况通过远动下行通道向发电厂的远动当地功能下达参加AVC调节机组的无功指令。远动当地功能将中调下达参加AVC调节机组的无功指令及将远动装置RTU采集到的机组实时数据转发到对应机组的AVC无功调节装置中。AVC无功调节装置利用收到的指令及实时无功功率等数据对发电机组无功功率进行计算、处理，来闭环控制励磁调节系统，调节机组的无功出力。以达到系统电压的目的，网络图如下:

AVC调节原理图

3 此方案下的相关部分详释
3.1 AVC系统的通信部分
　　3.1.1调度中心至发电厂下行通信（中调至发电厂的当地功能）采用专用通道或网络通信，下达AVC指令，并返送各发电厂参与AVC调节的各发电机组的无功功率，用来与当地功能采集到的实时数据相比较，当二者不一致时判断为通信故障，规约为省调下行规约。
　　3.1.2 AVC调节装置与当地功能前置机通信
　　AVC调节装置与当地功能前置机通信采用RS-232方式，对于距离较远者可在中间采用光隔离长线收发器以提高驱动和抗干扰能力。为减轻当地功能的负担，简化当地功能的程序，对具有多套AVC调节装置的系统，当地功能将所有的AVC信息集中，向各个AVC调节装置发送，即向各AVC调节装置发送的信息相同，各AVC调节装置根据规约从这此信息中提出需要部分。
3.1.3AVC调节装置与励磁调节装置的通信
　　由于各励磁调节装置接收调节指令的方式不同，因而AVC调节装置向励磁调节下达的无功增、减指令的方法也不完全相同。由于系统内多数机组采用增、减脉冲信号控制的方式，即采用四线结构，一对为正脉冲信号即加负荷信号，另一对为负脉冲信号即减负荷信号，励磁调节装置根据AVC调节装置的脉冲信号指令调节机组的无功功率。
3.2 AVC实时数据采集的技术要求
3.2.1数据量
　　AVC自动调节的数据量为: 参与AVC调节的机组的有、无功功率，发电机的定子电压、电流及220kV母线电压。这些数据量由远动的专用电量变送器将其变为4~20mA（或0~5V）的直流信号，此信号被送入远动装置，由远动装置（RTU）采集，变为数字信号，并将其发送到中调所及远动的当地功能中去，作为AVC调节的依据。
3.2.2信号量
　　①AVC投停信号。此信号是由励磁调节系统提供。意义为机组的无功处于远方还是就地控制。（当励磁系统无法实现无功调节远方与就地方式的切换时，可改为由DCS来实现远方、就地控制方式的切换，并向外部提供此信号）。此信号为两付常开接点信号，分另提供给AVC调节装置和远动装置。此接点闭合为设备处于远方控制状态。
　　②AVC装置异常信号: 此信号由AVC调节装置向远动装置提供，信号为常开接点信号，此接点闭合为AVC装置工作异常。如DCS能实现自动切换，此接点信号同时送往励磁调节系统（或DCS）。
　　AVC调节处于远方/就地控制方式，AVC调节装置是否工作正常的信号由远动装置采集，并发送到中调所及远动当地功能。
　　同时，在AVC调节装置异常或中调至发电厂下行通信异常时，当地功能的现场工作站及时发出语音报警，并向AVC调节装置发送异常信息，使运行人员及时采取措施，恢复AVC调节系统的运行，提出高AVC的运行率。

发电厂AVC调节接线原理图

4 结束语
　　本发电厂无功电压自动控制（AVC）系统方案将AVC自动调节与现有的实时监控系统有机的结合起来，充分发挥了原有的实时监控系统功能的强大优势，减少了现场硬件设备的数量，提高了现有设备的利用率，降低了现场运行人员的劳动强度，使得厂站端的自动化水平迈上了新的台阶。⊙